我國(guó)科學(xué)院院士, 著名材料科學(xué)家?guī)煵w老先生認(rèn)為, 材料的性能和使用效能并不是完全相同的概念, 但它們有著特殊的聯(lián)系。材料的使用效能是材料性能在使用條件下的表現(xiàn), 環(huán)境(如氣氛、 介質(zhì)、 溫度等)對(duì)材能性能的影響很大, 有些材料在一般環(huán)境下的性能良好, 而在腐蝕介質(zhì)下性能顯著下降; 有些材料在表面光滑時(shí)性能良好, 當(dāng)表面存在缺陷、 劃傷時(shí)性能大大下降, 特別有些高強(qiáng)度材料表現(xiàn)尤為突出。因此把環(huán)境因素引入到工程材料中來(lái)十分重要, 亦即材料應(yīng)考慮5個(gè)基本要素。另外, 材料的5個(gè)要素都有其相關(guān)的基本理論。根據(jù)基礎(chǔ)理論建立模型, 通過(guò)模型進(jìn)行材料設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì), 以達(dá)到最優(yōu)的性能和使用效能, 并節(jié)約資源、 減少污染、 降低成本的最佳狀態(tài), 這是材料科學(xué)與工程的最終奮斗目標(biāo)。因此師先生提出了一個(gè)六面體的材料要素圖(見(jiàn)圖1-2)。理論處于六面體中心, 表示5個(gè)要素和幾個(gè)相關(guān)要素都需要基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)。這個(gè)六面體, 十分全面的概述了材料的研究開(kāi)發(fā), 生產(chǎn)使用中各種因素的相互關(guān)系。

圖1-2 材料五要素關(guān)系示意圖

物理冶金學(xué)是研究金屬材料的成分、 加工制備工藝、 組織結(jié)構(gòu)、 性能及它們之間的關(guān)系, 探索自然規(guī)律的科學(xué), 屬于基礎(chǔ)理論研究。同時(shí)它和生產(chǎn)實(shí)踐息息相關(guān), 它所研究的問(wèn)題許多都是從生產(chǎn)實(shí)踐中提出來(lái)的。 研究材料的目的在于應(yīng)用, 是面向?qū)嶋H直接為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的, 所以物理冶金學(xué)也是一門工程技術(shù)科學(xué)。

物理冶金學(xué)是以固體物理、 晶體學(xué)、 物理化學(xué)等為基礎(chǔ), 并結(jié)合冶金學(xué)來(lái)研究金屬材料的本質(zhì)和各種條件下其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律, 所以物理冶金學(xué)的發(fā)展與物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)展密切相關(guān), 例如X射線衍射技術(shù)、 電子顯微鏡技術(shù)、 電子探針微區(qū)分析技術(shù)等先進(jìn)科學(xué)儀器的不斷發(fā)展和性能的不斷提高都大大推進(jìn)了物理冶金學(xué)的發(fā)展。

物理冶金學(xué)作為一門獨(dú)立的學(xué)科, 雖然經(jīng)歷了一百多年的歷史, 已取得了巨大的成就, 但是它還是一個(gè)正在發(fā)展中的科學(xué), 其體系還不像物理學(xué)、 化學(xué)那樣嚴(yán)密、 完整, 有許多理論和規(guī)律還停留在定性或半定量的階段, 某些理論或規(guī)律則只有在某種特定條件下才適用。例如兩種金屬形成置換式固溶體時(shí), 決定溶質(zhì)溶解度大小的因素就只是定性的半經(jīng)驗(yàn)規(guī)律, 而且只有部分合金才比較準(zhǔn)確的符合。還有一些問(wèn)題的本質(zhì)至今尚不十分清楚, 同時(shí)存在多種理論或觀點(diǎn)。例如加工硬化現(xiàn)象是很早就被人們注意的重要問(wèn)題,眾多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究, 取得了重要成果, 材料生產(chǎn)中對(duì)加工硬化現(xiàn)象的利用也很普遍, 但是加工硬化的微觀機(jī)制, 至今仍然了解不夠, 加工硬化理論還在發(fā)展中, 目前已發(fā)表的加工硬化理論不下十余種, 它們都能解釋某些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象, 但哪一種觀點(diǎn)是最全面準(zhǔn)確的, 現(xiàn)在還難以肯定。又例如單相銅合金在低溫退火時(shí), 可顯著提高硬度、 抗拉強(qiáng)度、 屈服強(qiáng)度和彈性極限, 這種現(xiàn)象稱為退火硬化, 在工業(yè)上也在利用這種低溫退火硬化現(xiàn)象來(lái)提高冷變形單相銅合金的強(qiáng)度和彈性, 但是這一現(xiàn)象的機(jī)理目前尚無(wú)定論。盡管如此, 物理冶金學(xué)已取得的巨大成就, 所建立的許多理論和總結(jié)的規(guī)律, 是指導(dǎo)人們當(dāng)前從事金屬材料研究開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)?？梢钥隙? 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和各學(xué)科的飛速發(fā)展, 一定會(huì)促進(jìn)人們對(duì)金屬材料的了解日益深入, 一個(gè)更加嚴(yán)密、 科學(xué)、 完整的物理冶金學(xué)必將逐漸建立, 一個(gè)更加科學(xué)的新材料發(fā)展時(shí)期必將到來(lái)。